TI详解其业界首款工业用隔离式CAN 收发器

2009年07月27日 11:07    老郭
关键词: CAN , 工业用 , 收发 , 详解 , 业界
近日,德州仪器上海公司模拟器件业务拓展工程师王胜先生在北京向媒体详细介绍了该公司新近推出的业界首款工业用隔离式CAN 收发器。王胜负责TI模拟器件在全国工业市场的推广应用,对市场状况有着深入了解和认识。

TI新近推出的ISO1050 器件是业界首款工业用隔离式CAN 收发器,集隔离功能和接口功能于一身。CAN是一种应用非常广泛的工业接口。相对于其他领域(如消费或者通信),它在工业领域应用较多。CAN是控制器局域网的简称,是一个串行网络。从网络的基础形式来看,它是两线的,近似于差分方式,但同真正意义上的差分不完全一致。

接口产品市场很大。虽然今年有一个下行低潮,但明年的预计还是非常好。TI提供所有接口类产品,包括电信、网络、工业,甚至是医疗应用。TI不管从哪个角度、哪个应用领域来看,都可以提供非常完善的产品系列。虽然接口类产品竞争激烈,但TI的市场份额仍能达到五分之一以上。TI接口产品的应用范围如下图所示。



ISO1050主要用于工业应用。工业应用里最重要的指标就是性能和稳定性。ISO1050在这两方面的表现都是优异的。

此前TI曾推出了一款隔离芯片,它只用做隔离,这就是ISO72XX系列。与ISO72XX不同,ISO1050同时还是一个CAN接口。下图是ISO1050的应用原理图。ISO1050放在CAN总线上,上面可以放很多的节点。485接口也类似。通常情况下,如果不是具有隔离功能的芯片而只是一个接口进行转换的话,都会有一个具有隔离功能的芯片存在。例如,通常485后端要有隔离保护。原因很简单,因为这些总线是应用在工业现场的。工业现场的条件和电气特性环境是非常复杂的。同时,导线是接到不同设备上去的,必须有隔离保护功能的器件存在,才能保证总线端和主控端是断开的。



ISO1050基本实现两个作用:一个是实现CAN接口类的电气特性控制,另外一个是把隔离的器件结合在一起。之前至少要两片芯片才能完成同样的功能,现在ISO1050可以用一片来实现。除了隔离的CAN以外,之前TI也推出很多产品,如隔离的485。485和CAN是工业应用比较多的串行总线方式,都需要有一个隔离技术芯片,这是系统级的应用场合。

传统的隔离基本有两大类:一类是光隔离,通过光来传递,没有电线直接连接;一类是磁隔离,简单地说就是用两个线圈通过磁场的组合传递信息,同时没有电气特性的物理连接。

光耦从严格芯片意义上讲不能称作芯片,因为芯片本身就是二氧化硅这些基本物质组成。所有光耦都是把光碰撞在一起,形成光的传递,这是广义上的芯片。TI这个产品完全是靠CMOS工艺建立起隔离特性。

TI的隔离技术与前面两种截然不同。它是一种电容式隔离。最关键的是隔离栅的一部分是二氧化硅。这种介质的耐压能力,比上面两种要大几倍以上,大约每微米2400到2500伏。ISO1050本身管脚的静电保护都可以达到4000伏以上。另外,电容式隔离相对于磁场式隔离最大的好处在于它的电磁干扰会很低。还有,TI器件的速度可以很高,最高可以达到250byte/s。

通过光耦来实现隔离需要很多其他元件。磁耦也是这样。从板级设计来看,板面有限制,而且多一个器件就多一个误差的可能性,多一个不可靠因素。

另外,从CAN本身的传输特性来看,CAN的基本特性是一根总线上放很多接口,是多主方式,每一个接口都可以当作主来发送接收。所以每个接口本身的反应时间,会影响到整个总线的反应速度。传统方式下需要一个隔离芯片外加一个接口芯片。ISO1050只是一个芯片。一个芯片的响应时间比两个要快,大从而大提高了总线的反应速度。

ISO1050节约了板上的芯片数量、器件数量,可以减少板面的占用面积,可以节省三分之一的板面空间。另外,两个芯片的功耗通常情况下要比一个大。就CAN隔离来看,也是如此。ISO1050和这两个加起来比,大概节约了将近40%、38%的功耗。
   
整个环路响应时间,会影响到整个CAN总线的传递速度。影响传输速度还有另外一个重要指标,就是线一长,会带来几个影响速度的因素。一是数字信号上升延、下降延会变得很缓。另外,本身介质也会有传输延迟。这些因素加在一起,都会影响到总线的响应时间。

CAN总线有两个状态,一个是显性状态,一个是隐性状态。CAN总线是两根线,一个是CAN高,一个是CAN低。CAN在空闲状态时,两根线电压相同,大概是2.5V左右,这是所谓的隐性状态。在显性状态,H线变成了3.5V,L线变成了1.5V,但它体现出来的逻辑电平是0。这个0、1的变化,就是传输速度的体现。从隐形状态到达显性状态,需要一定的时间,反过来是这样的。ISO1050的切换每个时间段大概只有430纳秒,比传统方案节约了30%左右的时间。这就会体现在传输上速度压力大大降低,总线的长度可以拉出很长。这是我们的优点之一。



隔离的电磁环境也叫电磁干扰、电磁辐射。下图显示,ISO1050产生的电磁干扰大大降低,接近同类产品的二分之一到三分之一。在工业领域环境敏感的情况下,这种特性非常重要。



ISO1050作为CAN接口本身,因为同时具有隔离功能,所以会减少芯片的数量、降低空间、降低功耗,同时成本方面很有竞争优势。
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xiaojinhong 发表于 2009-10-12 13:59:25
?????????
老郭 发表于 2009-10-12 14:03:47
楼上有何疑问?
liyvg 发表于 2010-9-28 08:53:45
低速传输可不可以,比如5Kbps或10Kbps
onecrazy 发表于 2011-2-15 19:54:27
TI器件的速度可以很高,最高可以达到250byte/s。????
cjytf 发表于 2014-10-24 22:27:53
谢谢
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